《水力学 HYDRAULICS》课程教学资源（PPT课件讲稿）第12章 渗流

山大琴 第十二章渗流 第一节概述 水的运动:河、海、湖泊等的流体动力学方程 与坡面流和地下水运动学方程有着根本的不同。 液体在孔隙介质中的流动称为渗流。地下水运 动是最常见的渗流实例。水利工程中,常见的渗流 问题 √经过挡水建筑物的渗流 √水工建筑物地基中的渗流 √集水建筑物的渗流 √水库及河渠的渗流 本章研究恒定渗流的基本规律,并应用这些规 律来分析和解决工程中的渗流问题

第十二章 渗流 第一节 概述 水的运动：河、海、湖泊等的流体动力学方程 与坡面流和地下水运动学方程有着根本的不同。 液体在孔隙介质中的流动称为渗流。地下水运 动是最常见的渗流实例。水利工程中，常见的渗流 问题： ✓经过挡水建筑物的渗流 ✓水工建筑物地基中的渗流 ✓集水建筑物的渗流 ✓水库及河渠的渗流 本章研究恒定渗流的基本规律，并应用这些规 律来分析和解决工程中的渗流问题

山大琴 第二节土壤的分类,渗流模型 、土壤的分类 均质土壤与非均质土壤 各向同性土壤与各向异性土壤 ●实际土壤的情况非常复杂,为了使问题简化,在 能够满足工程精度要求的情况下,常假定硏究的 土壤是均质和各向同性的

第二节 土壤的分类，渗流模型 一、土壤的分类 ➢均质土壤与非均质土壤 ➢各向同性土壤与各向异性土壤 • 实际土壤的情况非常复杂，为了使问题简化，在 能够满足工程精度要求的情况下，常假定研究的 土壤是均质和各向同性的

山大琴 层状土壤:渗流区包含透水性能各不相同的图层, 每层都当作均质各向同性土壤。 kkk 层状土壤(k为渗流系数)

层状土壤：渗流区包含透水性能各不相同的图层， 每层都当作均质各向同性土壤。 层状土壤（k为渗流系数） k1 k2 k3

山大琴 水在土壤中的形 ●汽态水 ●附着水 ●薄膜水 毛管水 重力水 5-6毛管现象 汽态水、附着水、薄膜水和毛管水对渗流问题 影响很小,不予考慮。本章重点讨论重力水的流动 规律,并把重力水的液面看成是渗流的自由液面。 浸润面:渗流的自由液面,其表面压强为大气压强

二 水在土壤中的形态 •汽态水 •附着水 •薄膜水 •毛管水 •重力水 汽态水、附着水、薄膜水和毛管水对渗流问题 影响很小，不予考虑。本章重点讨论重力水的流动 规律，并把重力水的液面看成是渗流的自由液面。 浸润面：渗流的自由液面，其表面压强为大气压强

山大琴 土壤水 匚束缚水 匚白由水 吸凝水 腰状水毛管水「重力水 毛管悬着水毛曾上升水」 邊透重力水区持露力水」 图5-7土水分类

山大琴 渗流模型 采用一种假規的渗流來代替真实的渗流,这种 假想的模型称为渗流模型 满足条件: 1对于同一过水断面,模型的渗流量等于真实的 渗流量。 作用于模型中某一作用面上的渗流压力等于真 实的渗流压力。 3模型中任意体积内所受的阻力等于同体积内真 实渗流的阻力,也就是说两者的水头损失相等

三、渗流模型 • 采用一种假想的渗流来代替真实的渗流，这种 假想的模型称为渗流模型。 • 满足条件： 1 对于同一过水断面，模型的渗流量等于真实的 渗流量。 2 作用于模型中某一作用面上的渗流压力等于真 实的渗流压力。 3 模型中任意体积内所受的阻力等于同体积内真 实渗流的阻力，也就是说两者的水头损失相等

山大琴 实际上,渗流模型中的流速与真实渗流的流速是不 相等的。 △A △A一微小过水断面面积 ΔQ一通过微小过水断面面积的渗流流量 实际渗流只发生在ΔA面积内的孔隙中,设孔隙面 积为ΔA,则实际的平均流速为 八 A v与v'的关系为n为土壤的孔隙率) △A oV=nV' △A

实际上，渗流模型中的流速与真实渗流的流速是不 相等的。 • ΔA－微小过水断面面积 • ΔQ－通过微小过水断面面积的渗流流量 实际渗流只发生在ΔA面积内的孔隙中，设孔隙面 积为ΔA’ ,则实际的平均流速为 • ν与ν ’的关系为(n为土壤的孔隙率):

幽若土壤是均质的,则面积孔隙率等于体积孔隙率, 因为孔隙率η<1.0,所以ν〈ν,即模型渗流流速 小于真实渗流流速。 由于渗流模型把渗流的全部空间看作被水体充满 的连续介质所以关于分析连续介质运动要素的各 种概念均可直接疝用于渗流。 ●恒定流与非恒定流 均勻流与非均勻流 非均勻流:淅变流和急变流 ●有压渗流与无压渗流 (本章只讨论恒定渗流)

若土壤是均质的，则面积孔隙率等于体积孔隙率， 因为孔隙率n<1.0，所以ν〈ν ‘，即模型渗流流速 小于真实渗流流速。 • 由于渗流模型把渗流的全部空间看作被水体充满 的连续介质所以关于分析连续介质运动要素的各 种概念均可直接应用于渗流。 • 恒定流与非恒定流 • 均匀流与非均匀流 • 非均匀流：渐变流和急变流 • 有压渗流与无压渗流 （本章只讨论恒定渗流）

山大琴 由于渗流流速很小,所以其动能一般忽略不计。则 渗流的总水头就等于测压管水头,即 E=E=Zt=h 渗流的总水头线与测压管水头线(浸润线)重合, 并且只能沿程下降

由于渗流流速很小，所以其动能一般忽略不计。则 渗流的总水头就等于测压管水头，即 渗流的总水头线与测压管水头线（浸润线）重合， 并且只能沿程下降

山大琴 第三节达西定律 达西定律 在时段t内,流入量杯中的水体体积为V,则渗流流 量为: 2 T 1-1断面测压管水头B~ H1=z1+ L HI 22断面测压管水头2 H2 滤层 H

在时段t内，流入量杯中的水体体积为V，则渗流流 量为： • 1-1断面测压管水头 • 2-2断面测压管水头 第三节 达西定律 一、达西定律